Les scientifiques découvrent l’insaisissable « particule du diable » près de 70 ans après sa première prédiction

Les scientifiques ont découvert une « particule diabolique » qui pourrait conduire à des supraconducteurs qui conduisent l’électricité à température ambiante – le « Saint Graal » de la physique.

Un supraconducteur est un métal ou un alliage particulier capable de conduire l’électricité sans résistance, mais la température doit être inférieure à 100 degrés Fahrenheit jusqu’au point de congélation.

Des chercheurs de l’Université de l’Illinois ont récemment identifié une particule qui n’a pas de masse, ce qui signifie qu’elle peut se former à n’importe quelle température, dans le ruthénate de strontium minéral – près de 70 ans après que les « diables » l’aient prédit.

Les supraconducteurs sont utilisés dans des processus tels que les trains surélevés et les machines d’imagerie par résonance magnétique (IRM) à haute résolution, mais les matériaux qui fonctionnent à température ambiante ouvriraient la voie à des ordinateurs plus puissants.

La supraconductivité a été découverte il y a plus de 100 ans dans le mercure refroidi à une température d’hélium liquide de moins 452 degrés Fahrenheit.

Après la découverte de la supraconductivité dans le mercure, ce phénomène a également été observé dans d’autres matériaux à très basse température.

Les matériaux comprenaient plusieurs métaux et alliages de niobium et de titane qui pouvaient facilement être transformés en fil

La particule diabolique a été prédite pour la première fois par le physicien théoricien David Baines en 1956, qui croyait que les électrons interagiraient «étrangement» lorsqu’ils traversaient un solide.

Les électrons peuvent perdre leur individualité dans les solides parce que les interactions électriques amènent les électrons à se combiner pour former des unités collectives.

Avec suffisamment d’énergie, les électrons peuvent former des particules composites appelées plasmons avec une nouvelle charge et une nouvelle masse déterminées par des interactions électriques fondamentales.

Cependant, la masse est généralement trop grande pour que les plasmons se forment avec les énergies disponibles à température ambiante, mais Baines a émis l’hypothèse qu’il y avait une exception à cela.

Le physicien a fait valoir que si un solide avait des électrons dans plus d’une bande d’énergie, comme le font de nombreux métaux, leurs plasmons pourraient se combiner dans un schéma déphasé pour former un nouveau plasmon neutre et sans masse – un démon.

Puisque les démons sont sans masse, ils peuvent se former avec n’importe quelle énergie et peuvent exister à toutes les températures.

Cela a conduit à la spéculation selon laquelle ils ont des effets fondamentaux sur le comportement des minéraux multi-échelles.

La découverte a été faite par une équipe de chercheurs dirigée par Peter Abamonte, professeur de physique à l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign, qui a cartographié la prédiction de Baines tout en étudiant le minéral ruthénate de strontium.

L’expérience n’était pas liée aux supraconducteurs, mais le métal est comme un supraconducteur à haute température sans en être un.

Les chercheurs effectuaient le premier balayage des propriétés électroniques d’un métal en le bombardant d’électrons, invoquant le diable dans les caractéristiques du métal.

Abamonte avait travaillé avec l’ancien étudiant diplômé Ali Hussain sur le projet, qui a déclaré : « Au début, nous n’avions aucune idée de ce que c’était.

Les diables ne sont pas dans le courant dominant. La possibilité est apparue très tôt et nous en avons ri.

« Mais, alors que nous commencions à exclure les choses, nous avons commencé à soupçonner que nous avions vraiment trouvé le diable. »

Edwin Huang, chercheur postdoctoral Moore à l’UIUC et théoricien de la matière condensée, a finalement été invité à calculer les caractéristiques de la structure électronique du ruthénate de strontium.

La prédiction de Pines sur les démons nécessitait des conditions assez spécifiques, a déclaré Huang, et personne ne savait si le ruthénate de strontium devait avoir un démon.

Nous avons dû faire un calcul microscopique pour comprendre ce qui se passait. Lorsque nous l’avons fait, nous avons trouvé une particule composée de deux bandes d’électrons qui oscillent hors phase avec une force à peu près égale, tout comme Baines l’a décrit.